JP6457737B2 - 酸性電解水およびその製造方法、該酸性電解水を含む殺菌剤および洗浄剤、該酸性電解水を用いた殺菌方法、ならびに酸性電解水の製造装置 - Google Patents
酸性電解水およびその製造方法、該酸性電解水を含む殺菌剤および洗浄剤、該酸性電解水を用いた殺菌方法、ならびに酸性電解水の製造装置 Download PDFInfo
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Description
本実施形態に係る酸性電解水は、有効塩素濃度が10ppm以上であり、かつ、前記有効塩素濃度に対して0.46以上1.95以下(モル当量比)の濃度の金属イオンを含み、前記金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである。
本実施形態に係る酸性電解水は、殺菌力を発揮できる観点から、有効塩素濃度が通常10ppm以上であり、20ppm以上であることが好ましく、通常、1,000ppm以下である。なお、本発明において、酸性電解水中の有効塩素濃度は、市販の塩素濃度測定装置を用いて測定することができる。
本実施形態に係る酸性電解水に含まれる金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである。アルカリ金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムが挙げられ、ナトリウムまたはカリウムであることが好ましい。また、アルカリ土類金属としては、例えば、マグネシウム、カルシウムが挙げられ、カルシウムであることが好ましい。
本実施形態に係る酸性電解水のpH値は、酸性電解水の安定性を確保でき、かつ、トリハロメタンの発生を抑制できる観点から、7.0未満であることが好ましく、pH3.0以上7.0未満であることがより好ましい。なお、本発明において、本実施形態に係る酸性電解水のpH値は、市販のpH測定器を用いて測定することができる。
図1は、本発明の酸性電解水における化学平衡式を示している。本発明の酸性電解水中では、図1の式(a)が平衡を保っている。また、塩化水素(HCl)は、図1の式(a)と図1の式(b)との間で矢印(1)および(2)にて平衡を保っており、次亜塩素酸(HClO)は、図1の式(a)と図1の式(c)との間で矢印(3)および(4)にて平衡を保っている。塩化水素(HCl)は極めて強い酸であるので電離しやすく、矢印(2)が優位である。一方、次亜塩素酸(HClO)は塩化水素の影響を受けてほとんど電離しないため、矢印(3)が優位である。
金属の腐食を抑えることができ、かつ、本実施形態に係る酸性電解水から塩素ガスが遊離するのを抑えることができる観点から、本実施形態に係る酸性電解水は、塩素系電解質の含有量が塩化ナトリウム換算で0.1質量%以下であることが好ましく、塩化ナトリウム換算で0.05質量%以下であることがより好ましく、0.025質量%以下であることがさらに好ましい。
本実施形態に係る酸性電解水は、医療、獣畜産業、食品加工業、製造業等の各種産業において、殺菌および/または洗浄のために、殺菌剤および/または洗浄剤として用いることができる。医療および獣畜産業では、器具や患部の殺菌および/または洗浄に使用することができる。また、本実施形態に係る酸性電解水は、ハロゲン臭等の刺激臭を有さないため、使用時に不快感を催すことがない。
(1)本実施形態に係る酸性電解水によれば、有効塩素濃度が10ppm以上であり、かつ、前記有効塩素濃度に対して0.46以上1.95以下(モル当量比)の濃度の金属イオン(ここで、前記金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである。)を含むことにより、電気分解により、酸性電解水を酸性(例えば、pH値を3以上7以下)に導くことができるうえ、陰極での副反応を抑制することができるため、HClOの消費を抑えることができる。また、本実施形態に係る酸性電解水は酸性(例えばpHが3以上7以下)であることにより、長期間にわたって殺菌力を有するため、長期間の保存が可能であり、かつ、水分を蒸発させた後の固形分の残留が低減されている。
本発明の一実施形態に係る酸性電解水の製造方法は、有効塩素濃度が10ppm以上であり、かつ、所定濃度(例えば、前記有効塩素濃度に対して1.23以上2.54以下(モル当量比)の濃度)の金属イオン(ここで、前記金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである。)を含む原料酸性電解水を電気分解する工程を含む。
本実施形態に係る酸性電解水の製造方法において、1次電解工程で電気分解の対象となるのは、原水および塩素系電解質水溶液である。
例えば、2次電解工程(前記原料酸性電解水を電気分解する工程)の前に、所定濃度(例えば、有効塩素濃度に対して1.23以上2.54以下(モル当量比)の濃度)の前記金属イオンを含む原水と塩素系電解質水溶液との電気分解によって、前記原料酸性電解水を調製することができる(例えば、後述する図2(B)および図2(C))。ここで、前記原水と塩素系電解質水溶液とが、陰イオン交換膜を介して配置された状態で電気分解を行うことにより、該原水が導入される室(図2(B)および図2(C)における陰極室15)で原料酸性電解水が生成する。
例えば、前記原料酸性電解水を電気分解する工程(2次電解工程)の前に、原水および塩素系電解質水溶液の電気分解によって、1次電解水を調製する工程と、有効塩素濃度に対して1.23以上2.54以下(モル当量比)の濃度になるように前記金属イオンを前記1次電解水に添加して、前記原料酸性電解水を調製する工程と、を含むことができる(例えば、後述する図2(A)および図2(D))。ここで、前記原水と塩素系電解質水溶液とが、陰イオン交換膜を介して配置された状態で電気分解を行うことにより、該原水が導入される室(図2(A)および図2(D)における陰極室15)で1次電解水が生成する。
本実施形態に係る酸性電解水の製造方法において、有効塩素濃度が10ppm以上であり、かつ、所定濃度(例えば、前記有効塩素濃度に対して1.23以上2.54以下(モル当量比)の濃度)の金属イオン(ここで、前記金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである。)を含む原料酸性電解水を電気分解する工程を含む。
図2(A),図2(B),図2(C),図2(D)はそれぞれ、本発明の一実施形態に係る酸性電解水の製造装置を模式的に示す図である。酸性電解水の製造装置100A,100B,100C,100Dは、1次電解水の電気分解(1次電解工程)を行う1次電解槽10と、原料酸性電解水の電気分解(2次電解工程)を行って2次電解水(上記実施形態に係る酸性電解水)7を得る2次電解槽20と、を含む。
図2(A),図2(B),図2(C),図2(D)に記載の酸性電解水の製造装置100A、100B,100C,100Dにおいて、1次電解槽10の陽極11および陰極12、ならびに2次電解槽20の電極22,24では、以下の反応が生じている。
2Cl− ⇒ Cl2+2e− ・・・(i) (主反応)
4OH− ⇒ O2+2H2O+4e− ・・・(ii) (副反応)
2H++2e− ⇒ H2 ・・・(iii) (主反応)
H++2e−+HClO ⇒ 2H2O+Cl− ・・・(iv)(副反応)
図2(A)に示される酸性電解水の製造装置100Aは、1次電解槽10と2次電解槽20とを含む。1次電解槽10は、陽極室15と、陰極室16と、中間室17とを含む。陽極室15は陽極11を含み、陰極室16は陰極12を含む。陽極室15と中間室17との間には陰イオン交換膜13が設けられ、陽極室15と中間室17との間は陰イオンが通過可能である。中間室17と陰極室16との間には陽イオン交換膜13が設けられ、中間室17と陰極室16との間は陽イオンが通過可能である。
図2(B)に示される酸性電解水の製造装置100Bは、図2(A)に示される酸性電解水の製造装置100Aにおいて、アルカリ性水3を1次電解水6aに添加して原料酸性電解水7を製造する代わりに、原水1が陽極室15に導入される前に、アルカリ金属およびアルカリ土類金属から選ばれる金属イオンを含むアルカリ性水4を原水1に添加し、該金属イオンを含む原水1を陽極室15に導入する点、ならびに、陽極室15で生成した、該金属イオンを含む1次電解水6bを2次電解槽20に導入する点以外は、図2(A)に示される酸性電解水の製造装置100Aと同様の構成および機能を有する。
図2(C)に示される酸性電解水の製造装置100Cは、図2(A)に示される酸性電解水の製造装置100Aにおいて、アルカリ性水3を1次電解水6aに添加して原料酸性電解水7を製造する代わりに、1次電解槽10において、原水1が陽極室15に導入される前に、陰極室16で生じたアルカリ性水5が原水1に添加される点以外は、図2(A)に示される酸性電解水の製造装置100Aと同様の構成および機能を有する。
図2(D)に示される酸性電解水の製造装置100Dは、図2(A)に示される酸性電解水の製造装置100Aにおいて、アルカリ性水3を1次電解水6aに添加して原料酸性電解水7を製造する代わりに、1次電解槽10の陽極室15で生じる1次電解水6aに、1次電解槽10の陰極室16で生じるアルカリ性水5を添加して得られた原料酸性電解水6cを2次電解槽20に導入し、該原料酸性電解水6cの電気分解(2次電解工程)を行う点以外は、図2(A)に示される酸性電解水の製造装置100Aと同様の構成および機能を有する。
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されない。なお、本発明において、格別に断らない限り、「部」は「質量部」を意味し、「%」は「質量%」を意味する。
まず、本実施例で使用する1次電解水を調製した。1次電解水は、3槽式電解水製造装置を用いて製造された。この電解水製造装置は、図2(A),図2(B),図2(C),図2(D)の酸性電解水の製造装置における1次電解槽10に相当する。なお、1次電解水を調製するにあたり、塩素系電解質として塩化ナトリウムを用いた。得られた1次電解水は、有効塩素濃度が100ppmであり、pH値が2.09であり、ナトリウムイオン濃度が1ppmであった。
次に、実施例1で得られた1次電解水500mLに原水と水酸化ナトリウムを添加して、1000mlに調整し、1次電解水中のナトリウムイオン濃度をそれぞれ10ppm、20ppm、30ppm、および40ppmとした溶液(1次電解水)(有効塩素濃度に対する金属イオン(ナトリウムイオン)のモル当量比濃度がそれぞれ0.62、1.23、1.85、2.47(モル当量比))に対して、陽極電極として酸化イリジウム電極、陰極電極として白金電極を使用して、1Aの電流を付加して電気分解を行い、酸性電解水(2次電解水)を調製した。
実施例1で得られた1次電解水に水酸化ナトリウム0.052g/L相当と原水を添加して有効塩素濃度50ppmの原料酸性電解水を調製したうえで、該原料酸性電解水について、実施例2と同様の電極を用いて電気分解(付加電流:2A、電解時間:15分間)を行い、2次電解水(ナトリウムイオン濃度:30ppm、有効塩素濃度:160ppm)を調製した。本実施例の電気分解は、図2(A)の酸性電解水の製造装置の2次電解槽20における電気分解に相当する。
実施例1で得られた1次電解水に水酸化ナトリウム0.052g/L相当と原水を添加して有効塩素濃度50ppmの原料酸性電解水を調製したうえで、該原料酸性電解水について、実施例2と同様の電極を用いて電気分解(付加電流:2A、電解時間:15分間)を行い、2次電解水(ナトリウムイオン濃度:30ppm、有効塩素濃度:160ppm、有効塩素濃度に対するナトリウムイオンのモル当量比濃度:0.58)を調製した。本実施例の電気分解は、図2(A)の酸性電解水の製造装置の2次電解槽20における電気分解に相当する。
実施例5で電気分解によって得られた酸性電解水(ナトリウムイオン濃度:30ppm)、1次電解水に塩化ナトリウム水溶液(塩化ナトリウム濃度:0.0076質量%)を添加し電気分解によって得られた酸性電解水(ナトリウムイオン濃度30ppm)、および1次電解水に陰極室16で生成したアルカリ性水(pH:12.64)を添加し電気分解によって得られた酸性電解水(ナトリウムイオン濃度30ppm)、ならびに対照として水道水それぞれ20mlを、温度60℃、湿度30%の大気中に48時間、ビーカー内で静置して蒸発させた。該ビーカー内の残留物の質量を測定した結果を表1に示す。表1において、残留物の量は、各液中の濃度として示した。
実施例1で得られた1次電解水(有効塩素濃度:100ppm)に、原水と実施例2で得られた酸性電解水のナトリウムイオン濃度(40ppm、有効塩素濃度に対するナトリウムイオンのモル当量比濃度2.47)と同じ当量の陽イオンを含む電解質(炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム)を添加して有効塩素濃度50ppmの1次電解水を調製したのち、実施例2と同様の条件にて電気分解を行い、2次電解水を得た。その結果を図9および図10に示す。
実施例2で得られた酸性電解水を加湿器(商品名:超音波アロマ加湿器AHD−010“SHIZUKU”、(株)アピックスインターナショナル製)のタンクに入れて該加湿器を稼働させて、殺菌力の評価を行った。図11は、本実施例に係る酸性電解水を用いた、大気中に含まれる菌の殺菌試験の方法を模式的に示す図である。
濃度の異なる塩酸を電気分解した結果を比較例1および2に示す。比較例1として、3質量%塩酸を電気分解した結果を図13に示す。
3,4,5 アルカリ性水
6a,6b 1次電解水
6c 原料酸性電解水
7 2次電解水(酸性電解水)
8 塩素系電解質水溶液
10 1次電解槽
11 陽極
12 陰極
13 陰イオン交換膜
14 陽イオン交換膜
15 陽極室
16 陰極室
17 中間室
20 2次電解槽
22,24 電極
28 反応室
30 ポンプ
33,44 添加装置
40 加湿器
41 吸気扇
42 テーブル
100A,100B,100C,100D 酸性電解水製造装置。
Claims (16)
- 有効塩素濃度が50ppm以上160ppm以下で、pH値が3.0以上7.0未満であり、かつ、前記有効塩素濃度に対して0.46以上1.95以下(モル当量比)の濃度の金属イオンを含み、
前記金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである、
酸性電解水。 - 請求項1において、
前記アルカリ金属が、カリウムまたはナトリウムである、酸性電解水。 - 請求項1または2において、
前記アルカリ土類金属が、カルシウムまたはマグネシウムである、酸性電解水。 - 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の酸性電解水を含む、洗浄剤。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の酸性電解水を含む、殺菌剤。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の酸性電解水を大気中に蒸発させる工程を含む、大気中に含まれる菌を殺菌する方法。
- 電解処理により得た原料酸性電解水を電気分解する工程を含む酸性電解水の製造方法であって、
前記原料酸性電解水は、有効塩素濃度が50ppm以上であり、かつ、前記有効塩素濃度に対して1.23以上2.54以下(モル当量比)の濃度の金属イオン(ここで、前記金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである。)を含み、
前記電気分解により、有効塩素濃度が50ppm以上160ppm以下の酸性電解水を得る、
酸性電解水の製造方法。 - 請求項7において、
前記原料酸性電解水を電気分解する工程によって、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の酸性電解水を得る、酸性電解水の製造方法。 - 請求項7または8において、
前記原料酸性電解水を電気分解する工程の前に、前記金属イオンを含む原水と塩素系電解水溶液とを電解槽で電気分解することによって、前記原料酸性電解水を調製する工程をさらに含み、
前記電解槽が、陽極を含む陽極室と、陰極を含む陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられた中間室と、前記陽極室と前記中間室との間に設けられる陰イオン交換膜と、前記中間室と前記陰極室との間に設けられる陽イオン交換膜とを備え、
前記金属イオンを含む前記原水が前記陽極室に導入され、
電解質の合計濃度が15ppm以下の原水が前記陰極室に導入され、
前記塩素系電解質水溶液が前記中間室に導入され、
前記原料酸性電解水が、前記陽極室で生成される、
酸性電解水の製造方法。 - 請求項7または8において、
前記原料酸性電解水を電気分解する工程の前に、
原水と塩素系電解質水溶液とを電解槽で電気分解することによって、1次電解水を調製する工程と、
前記1次電解水に前記金属イオンを添加して、前記原料酸性電解水を調製する工程と、を含み、
前記電解槽が、陽極を含む陽極室と、陰極を含む陰極室と、前記陽極室と前記陰極室との間に設けられた中間室と、前記陽極室と前記中間室との間に設けられる陰イオン交換膜と、前記中間室と前記陰極室との間に設けられる陽イオン交換膜とを備え、
前記原水が前記陽極室および前記陰極室に導入され、
前記塩素系電解質水溶液が前記中間室に導入され、
前記1次電解水が、前記陽極室で生成される、
酸性電解水の製造方法。 - 金属イオン(ここで、前記金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである。)を含む原水と塩素系電解質水溶液とを電気分解することによって、原料酸性電解水を得る1次電解槽と、
前記原料酸性電解水の電気分解を行って2次電解水を得る2次電解槽と、を含み、
前記1次電解槽は、
陽極を含む陽極室と、
陰極を含む陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に設けられた中間室と、を含み、
前記陽極室と前記中間室との間には陰イオン交換膜が設けられ、
前記中間室と前記陰極室との間には陽イオン交換膜が設けられ、
前記金属イオンを含む前記原水が前記陽極室に導入され、
電解質の合計濃度が15ppm以下の原水が前記陰極室に導入され、
前記塩素系電解質水溶液が前記中間室に導入され、
前記原料酸性電解水は、前記陽極室で生成され、
前記2次電解水は、有効塩素濃度が50ppm以上160ppm以下であり、かつ、前記有効塩素濃度に対して0.46以上1.95以下(モル当量比)の濃度の前記金属イオンを含む、
酸性電解水の製造装置。 - 請求項11において、
前記陰極室では、前記金属イオンを含むアルカリ性水が生成され、
前記金属イオンを含む原水が前記陽極室に導入される前に、前記陰極室で生成するアルカリ性水を原水に添加する手段をさらに含む、酸性電解水の製造装置。 - 請求項11において、
前記金属イオンを含む原水が前記陽極室に導入される前に、前記金属イオンを原水に添加する手段をさらに含む、酸性電解水の製造装置。 - 原水と塩素系電解質水溶液とを電気分解することによって、1次電解水を得る1次電解槽と、
前記1次電解水に所定の濃度の金属イオン(ここで、前記金属イオンは、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の陽イオンである。)を添加して調製された原料酸性電解水の電気分解を行って2次電解水を得る2次電解槽と、を含み、
前記1次電解槽は、
陽極を含む陽極室と、
陰極を含む陰極室と、
前記陽極室と前記陰極室との間に設けられた中間室と、を含み、
前記陽極室と前記中間室との間には陰イオン交換膜が設けられ、
前記中間室と前記陰極室との間には陽イオン交換膜が設けられ、
前記原水が前記陽極室および前記陰極室に導入され、
前記塩素系電解質水溶液が前記中間室に導入され、
前記1次電解水は、前記陽極室で生成され、
前記2次電解水は、有効塩素濃度が50ppm以上160ppm以下であり、かつ、前記有効塩素濃度に対して0.46以上1.95以下(モル当量比)の濃度の前記金属イオンを含む、
酸性電解水の製造装置。 - 請求項14において、
前記金属イオンを前記1次電解水に添加する手段をさらに含み、
前記添加する手段によって、前記原料酸性電解水を得る、酸性電解水の製造装置。 - 請求項14において、
前記陰極室では、前記金属イオンを含むアルカリ性水が生成され、
前記原料酸性電解水を前記2次電解槽に導入する前に、前記アルカリ性水を前記1次電解水に添加する手段をさらに含み、
前記添加する手段によって、前記原料酸性電解水を得る、酸性電解水の製造装置。
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